Svartbrun rørsopp er en middels stor rørsopp med en 5 til 12 cm stor hatt med filtet hud. Hatten er, som navnet indikerer, brun til svartbrun. Den blir gjerne klebrig i fuktig vær. Hatten er ofte halvkuleformet tidlig, men blir etter hvert hvelvet. Rørmunningen, altså den synlige delen på undersiden av hatten, er som oftest gul eller grønngul, men blir blågrønn under trykk. Rørene inne i hatten er også gule til grønngule.